سبال

برآورد تبخیروتعرق در مواردی از قبیل برنامه¬ریزی آبیاری، تعیین تبخیر مخازن آب، محاسبات بیلان آب، تخمین روانآب و مطالعات اقلیم شناسی ضروری است. تبخیر و تعرق را می توان بصورت کاملاً دقیق با استفاده از اندازه گیریهای میدانی تعیین نمود. با اینحال، این روشها تنها مقادیر تبخیر و تعرق را برای نواحی محدود از لحاظ وسعت مکانی بدست می آورند. این محدودیت باعث توسعه استفاده از داده های سنجش از دور جهت ارزیابی تبخیر و تعرق روی نواحی وسیع شده است. در این تحقیق با استفاده از تصاویر MODIS و الگوریتم سبال، مقدار تبخیر و تعرق برای ناحیه مزرعه نمونه ارتش واقع در استان گلستان در دو تاریخ 5 مه و 7 ژوئن سال 2003 میلادی مطابق با 15 اردیبهشت و 17 خرداد سال 1382 برآورد گردید. یکی از پارامترهای موثر در دقت سبال، آلبیدوی سطحی است که در این تحقیق با استفاده از دو روش، یکی استفاده از باندهای 1 و 2 (روش قدیمی) و دیگری استفاده از باندهای 1 تا 5 و 7 (روش نوین) تصویر MODIS محاسبه شد. مقایسه نتایج حاصله با مقادیر موجود در متون مختلف نشان می دهد اولا برآورد آلبیدوی سطحی با استفاده از روش نوین دارای دقت بیشتری بوده و ثانیا دقت خروجی های حاصل از سبال در حدی است که بتوان با انجام تحقیقات تفصیلی بعدی، به نتایج قابل قبول دست یافت.

دمای سـطح زمین برای انواع وسیعی از مطالعات علمی از اقلیم­شناسـی و هواشناسـی تا هیدرولوژی، بوم­شناسی، زمین­شناسی، علوم پزشکی، طراحی و بهسازی شبکه حمل و نقل و مکانیابی آتش سوزی ها و بویژه در محاسبه تبخیر ـ تعرق واقعی مورد نیاز است. با توجه به پایش دمای سطح زمین در تعداد محدودی از ایستگاه­های هواشناسی به صورت نقطه ای و نیاز به توزیع مکانی دمای سطح در پهنه وسیع و به طور همزمان، دمای سطح برآورد شد. جهت دستیابی به دمای سطح زمین از الگوریتم سبال و طبقه بندی از نوع درخت تصمیم گیری استفاده شد. با استفاده از تصویر ETM+ و انجام مراحل پیش پردازش، تصویر برای اجرای روش سبال آماده گردید. جهت انجام مراحل فوق الذکر از نرم افزارهای Envi4.5 و ArcGIS9.3 استفاده گردید. در این مقاله با برآورد اختلاف کمتر از 57/5 درجه سانتی­گراد، اختلاف رضایت­بخشی بین دمای سطح برآورد شده از طریق سنجش از دور و دمای برآورد شده از آمار اندازه گیری شده 12 ساله از سطح زمین (1993 الی 2005) در ایستگاه هواشناسی مراغه به دست آمد. لذا دمای برآوردی از طریق سنجش از دور قابل کاربرد در مطالعات و تحقیقات علوم زمین و محیط زیست می باشد.

داده های اخذ شده توسط سنجنده های ماهواره ای، به طور معمول به سه دسته تصاویر با قدرت تفکیک مکانی پایین، متوسط و بالا تقسیم می شوند. بسیاری از تصاویر با قدرت تفکیک مکانی پایین و متوسط و قدرت تفکیک زمانی بالا، به راحتی در دسترس کاربران هستند، در حالی که تصاویر با قدرت تفکیک مکانی بالا، در اکثر مواقع دارای قدرت تفکیک زمانی بالایی نیستند و یا به صورت تجاری و با هزینه بالا در دسترس هستند. علاوه بر این، تصاویر با قدرت تفکیک مکانی بالا معمولا فاقد باندهای حرارتی بوده و لذا در مدل کردن فرآیند های طبیعی، مانند تبخیر- تعرق با محدودیت مواجه هستند. تولید نقشه های تبخیر- تعرق روزانه، با قدرت تفکیک مکانی بالا، همواره یکی از چالش های محققان سنجش ازدور بوده است. هدف این مطالعه، امکان سنجی تولید نقشه های تبخیر- تعرق روزانه با قدرت تفکیک مکانی 30 متر است. این تحقیق بر روی زمین های کشت و صنعت امیرکبیر اجرا شده است. برای این منظور ابتدا از بین باندهای 36 گانه تصویر مادیس، باندهایی که از لحاظ طیفی، تقریبا معادل با تصویر لندست 8 بودند، شناسایی شدند. سپس با استفاده از الگوریتم های SADFAT و STARFM و تصاویر لندست 8 و مادیس، باندهای مرئی و مادون قرمز با قدرت تفکیک زمانی روزانه و قدرت تفکیک مکانی 30 متر تولید شدند و در نهایت با استفاده از الگوریتم سبال، نقشه های تبخیر- تعرق واقعی از باندهای شبیه سازی شده تولید شدند. مقایسه تبخیر- تعرق های شبیه سازی شده با تبخیر- تعرق های به دست آمده با روش فائو- پنمن- مانتیث نشان دهنده و است. همچنین مقایسه تبخیر- تعرق شبیه سازی سازی شده با تبخیر- تعرق حاصل از تصویر لندست 8، در همان روز نشان دهنده و است که نشان دهنده عملکرد خوب چهارچوب پیشنهادی برای ریز مقیاس نمایی در این مطالعه است.

این مطالعه با هدف تعیین تبخیر – تعرق واقعی گیاه ذرت که از گیاهان اصلی اراضی کشاورزی شمال خوزستان است، با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای لندست 8 در چهار گذر ماهواره ای شامل: 22 مرداد، 23 شهریور، 24 مهر  و 26 آبان ماه 1392 و داده های هواشناسی مورد نیاز و بر اساس معادله بیلان انرژی سطح ( سبال) صورت گرفته است. نتایج نشان داد، که مقدار تبخیر- تعرق واقعی محاسبه شده از مدل سبال برای گیاه ذرت در مرحله ابتدایی رشد، مرحله توسعه، مرحله میانی و پایانی رشد بترتیب 04/5، 23/8، 55/5  و 46/1 میلی متر  در روز است. مقادیر حاصل از سنجش از دور، برای ارزیابی با روش های فائو- پنمن- مانتیث و تشتک تبخیر مورد مقایسه قرار گرفت و مشاهده شد که RMSE و MAE نسبت به روش فائو- پنمن – مانتیث بترتیب 45/0 و 18/0 میلی متر  در روز  است. نتایج حاصل حاکی از آن بود که  سبال قادر است پاسخ های معتبری را با صحت و دقت کافی در زمان نسبتاً کوتاهی ارائه نماید و می تواند به عنوان روشی کارآمد و سودمند در سازماندهی منابع آب و بهینه سازی مصرف در تأمین نیاز آبی گیاهان از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد.

در این پژوهش با استفاده از تصاویر سنجنده لندست مربوط به تاریخ 10/08/2015 و روش های سبال و متریک مقادیر سپیدایی سطحی برای کاربری های اراضی مختلف در نیمه شمالی استان اردبیل برآورد گردید. همچنین برای انجام محاسبات از نرم افزارهای ENVI4.8 و ArcGIS10.3 و برای تعیین نوع کاربری سطوح مختلف از روش طبقه بندی الگوریتم حداکثر احتمال با ضریب کاپای 14/86 درصد و دقت کلی 63/92 درصد استفاده شد. نتایج بیانگر آن بود که سطوح آبی با مقدار میانگین 093/0 و 141/0 به ترتیب در روش های سبال و متریک دارای کمترین میزان سپیدایی است. همچنین بر اساس خروجی حاصل از روش های سبال و متریک میزان سپیدایی شهرها به ترتیب حدود 313/0 و 278/0 هست که این مقادیر بیشترین میزان سپیدایی در بین سطوح کاربری موردبررسی است. در این بررسی میزان سپیدایی مراتع بین 183/0 تا 266/0 در روش سبال و بین 237/0 تا 265/0 در روش متریک تعیین گردید. در ادامه میزان سپیدایی اراضی کشاورزی (240/0 بر اساس روش سبال و 247/0 بر اساس روش متریک) و جنگل (141/0 بر اساس روش سبال و 225/0 بر اساس روش متریک) نیز موردبررسی قرار گرفت. درنهایت با توجه به نتایج به دست آمده از مقادیر سپیدایی بر اساس روش های سبال و متریک می توان چنین نتیجه گیری کرد که با توجه به اختلاف انرژی دریافتی خالص در سطوح مختلف می توان میزان سپیدایی سطوح را برآورد نمود که در تخمین میزان تبخیر و تعرق با استفاده از روش های سنجش ازدور بسیار کارآمد است.

پدیده تبخیر - تعرق واقعی یکی از مولفه های اصلی تعیین بیلان آبی هر منطقه بوده و همچنین یکی از عوامل کلیدی برای برنامه ریزی درست و مناسب آبیاری برای بهبود راندمان آب مصرفی در منطقه می باشد.. این پژوهش با هدف تعیین تبخیر – تعرق واقعی گیاه مرجع در شهرستانهای شرق دریاچه ارومیه، از 4 تصویر ماهواره لندست 8 در طول فصول زراعی در تاریخهای 5 شهریور 1392،  23 مرداد، 14 شهریور 1395 و 31 مرداد 1396 به ترتیب مربوط به سالهای 2017، 2016، 2014 و 2013 استفاده کرده است. همچنین داده های هواشناسی مورد نیاز، بر اساس معادله بیلان انرژی سطح (سبال )به کارگرفته شده است. نتایج نشان داد، که مقدار تبخیر- تعرق واقعی محاسبه شده از مدل سبال برای گیاه مرجع در مرحله ابتدایی رشد، مرحله توسعه، مرحله میانی و پایانی رشد بترتیب حداکثر66/18، 99/23، 96/14 و30/16 میلیمتر در روز است. نتایج حاصل حاکی از آن بود که مدل سبال قادر است پاسخهای معتبری را با صحت و دقت کافی در زمان نسبتاً کوتاهی ارائه نماید و می تواند به عنوان روشی کارآمد و سودمند در سازماندهی منابع آب و بهینه سازی مصرف در تأمین نیاز آبی گیاهان از اهمیت ویژهای برخوردار باشد. 

تبخیر و تعرق بعد از بارندگی اصلی ترین جزء چرخه هیدرولوژیکی است، که تعیین کننده نیاز آبی گیاه می باشد. چندین پارامتر اقلیمی نظیر دما، باد، بارش و ساعات آفتابی از جمله عوامل اصلی مؤثر بر نیاز آبی گیاهان یا تبخیر و تعرق می باشند. بدیهی است هر گونه تغییر در این پارامترها ، بر تبخیر و تعرق گیاه نی ز تأثیرگذار خواهد بود. از آن جایی که مدل های رگرسیون سنتی بدون درنظر گرفتن ویژگی های فضایی نمی توانند با دقت مناسب توزیع فضایی عوامل اقلیمی را شبیه سازی کنند، مدل های مختلفی با درنظرگرفتن ابعاد فضایی این پدیده ابداع شده اند. یکی از مدل هایی که از طریق آن می توان به ارزیابی دقیق توزیع عوامل اقلیمی پرداخت ، مدل رگرسیون وزنی جغرافیایی است. در این تحقیق، از رگرسیون وزنی جغرافیایی جهت تحلیل فضایی توزیع عوامل اقلیمی استفاده شده است.ارتباط بین عوامل اقلیمی و تبخیروتعرق ازطریق محاسبه آماره های آن باروشهای کلاسیک آماری امکان پذیر است. که دراین مقاله به آن پرداخته شده است.اماتنوع اقلیمی درسطح منطقه حالتهای متفاوتی را در توزیع جغرافیایی این تاثیر نشان خواهد داد. براساس محاسبه همبستگی بین عوامل اثرگذار برتبخیروتعرق ، عامل شاخص گیاهی بیشترین تاثیر را درتبخیروتعرق در منطقه موردمطالعه دارد.( 53 درصد با مساحتی بالغ بر 471782864 مترمربع) اما همانگونه که از نتایج مشخص است، این عدد یک عدد کلی بوده ودربرگیرنده وضعیت کلی منطقه است.وبه ویژگیهای مکانی منطقه اشاره ای نمی کند. در نتایج حاصل از رگرسیون وزن دار می توان تاثیر عناصر را به صورت مکانی مشاهده نمود. در این تحقیق ارتباط تبخیروتعرق با شاخص پوشش گیاهی درسالهای مختلف موردبررسی قرارگرفته است . بالاترین مقدار در طبقه هفتم با رقم 99/13 و در مساحتی بالغ بر266611500 جای دارد که اثرگذاری مثبت بالایی را نشان می دهد.

با توسعه شهرنشینی، و تبدیل اراضی کشاورزی و جنگلی، به خانه ها، مناطق صنعتی، دمای مناطق شهری نسبت به دیگر مناطق افزایش یافته و در نتیجه پدیده جزیره گرمایی ایجاد می شود. جزایر گرمایی شهری نه تنها روی محیط شهرها، ساکنان آنها اثر منفی گذاشته اند، بلکه حتی اکوسیستم هایی را که در فاصله ی زیادی از شهرها قرار دارند تحت تاثیر قرار می دهند. از آن جا که تصاویر سنجش از دور مادون قرمز حرارتی، بدلیل پوشش وسیع، منبع اطلاعاتی مناسبی به منظور تهیه نقشه های حرارتی سطح آب و خشکی می باشند، در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتند. در این تحقیق برای برآورد دمای سطح زمین، از تصویر لندست 8 سنجنده TIRS و OLI متعلق به 15 ژوئن 2014 (25 خراد 1393) و روش SEBAL استفاده شد. پس از پردازش های لازم، نقشه های حرارتی شهر تهران تولید شدند. و همچنین به منظور برآورد دمای میانگین هر کلاس کاربری، تصویر محدوده تهران به پنج کلاس کاربری اراضی شامل بایر، مناطق مسکونی، شبکه راه، فضای سبز و مناطق آبی طبقه بندی شدند. سپس با استفاده از نقشه های حرارتی و کاربری تولید شده، ارزیابی ترتیب دمایی کلاس های کاربری اراضی شهر تهران انجام گردید، نتایج نشان داد که فضای سبز پس از کلاس آب، خنک ترین کلاس بوده و می تواند نقش مهمی در تعدیل دمای سطح زمین و محیط اطراف خود ایفا نماید. در پایان، جزایر حرارتی و خنک شهر تهران شناسایی شدند و راهکارهایی برای مدیریت دمای سطح زمین در شهر تهران ارائه شد. واژه های کلیدی : درجه حرارت سطح زمین، کاربری زمین، سبال، تصاویر ماهواره ای لندست 8، شهر تهران.

تبخیر و تعرق که شامل تبخیر آب از سطح خاک و تعرق از پوشش گیاهی می باشد، یک پارامتر فیزیکی اساسی برای مدیریت منابع آب و نیاز آبی در بخش کشاورزی می باشد. هدف از پژوهش حاضر، تعیین تبخیر و تعرق واقعی از سطح باغات پسته حاشیه کویر ابرکوه استان یزد به منظور استفاده بهینه از منابع آبی این منطقه می باشد. بدین منظور از سری زمانی تصاویر ماهواره ای لندست 8 با 16 تصویر در طول دوره رشد پسته در سال 1394 استفاده شد و سپس با استفاده از الگوریتم سبال نقشه های تبخیر و تعرق باغات پسته در دوره های 15 روزه مربوط به 4 مرحله اصلی فنولوژی گیاه پسته بدست آورده شد. مقایسه تبخیر روزانه بدست آمده از طریق الگوریتم سبال با تبخیر و تعرق بدست آمده از طریق روش فائو56 نشان داد نتایج دو مدل مطابقت خوبی با هم دارند؛ به طوری که، میانگین میزان همبستگی در شش نقطه در طول فصل رشد بین دو روش سبال و فائو، 56، 77/0 و خطای RMSE بین این دو روش، 24/1 میلی متر در روز بدست آمد. بر اساس نتایج، میانگین میزان تبخیر و تعرق پسته در سطح منطقه مطالعاتی در سال 1394، 1015 میلی متر و در 83 درصد سطح باغات میزان تبخیر و تعرق واقعی در یک فصل رشد یک ساله، 700 تا 1300 میلی متر می باشد. در ماه های خرداد و تیر حداکثر میزان تبخیر و تعرق مشاهده شد. به طوری که، در ماه های نا مبرده، میزان تبخیر و تعرق در دوره های 15 روزه بین 80 تا 100 میلی متر متغیر است. همچنین، بر اساس نتایج، 50 درصد میزان تبخیر و تعرق در بازه زمانی 1 خرداد تا 31 مرداد صورت می گیرد.

سابقه و هدف: کشاورزی سنگ بنای اقتصاد جهانی است و به مثابه منبع اصلی غذا و مواد خام برای صنایع مختلف عمل می کند. بااین حال، تقاضای فزاینده غذا به دلیل رشد جمعیت، تهدید قابل توجهی برای امنیت غذایی است، به ویژه زمانی که دسترسی محدود به منابع آب شیرین را در نظر بگیریم. شایان ذکر است که کشاورزی به تنهایی حدود 70 درصد از منابع آب شیرین جهان را مصرف می کند، که بر نیاز حیاتی برای مدیریت و افزایش بهره وری آبیاری برای تضمین تولید پایدار مواد غذایی تأکید دارد. در نتیجه مدیریت و افزایش بازده آبیاری امری ضروری است. در قلب تعیین نیاز آب آبیاری، مفهوم تبخیر و تعرق واقعی محصول (ETa) نهفته است، که نشان دهنده اتلاف آب، ترکیبی از تبخیر خاک و تعرق گیاه است. برآورد دقیق ETa در بهینه سازی روش های آبیاری، به حداکثر رساندن عملکرد محصول و به حداقل رساندن مصرف آب بسیار مهم است. برای این منظور، مدل ها و ابزارهای مختلفی برای تخمین ETa با هدف ارائه روش های کاربرپسندتر و کارآمدتر برای کشاورزان و پژوهشگران ایجاد شده اند. با توجه به مطالعات انجام شده و کاربرد وسیع مدل های برآورد ET، لازم است تمرکز بر روش های دقیق و سریع تعیین این پارامتر افزایش یابد. لذا هدف این مطالعه مقایسه روش های برآورد سنجش از دوری ETa کاربرپسندانه تر، از جمله سامانه EEFLUX، ابزار METRICTOOL و روش انتخاب خودکار پیکسل سرد و گرم مدل های SEBAL و METRIC است.مواد و روش ها: Earth Engine Evapotranspiration Flux یا به اختصار EEFLUX نسخه ای از مدل METRIC است که بر روی سیستم موتور Google Earth کار می کند. METRICTOOL، ابزاری جدید در ArcGIS براساس مدل METRIC است. این ابزار پیش پردازش و شناسایی خودکار کالیبراسیون بالقوه و معرفی داده های ورودی را تسهیل کرده، زمان محاسبات را تا ۵۰ درصد کاهش می دهد و جایگزینی کاربرپسندتر از دیگر پلتفرم های موجود پیاده سازی مدل METRIC است. روش انتخاب خودکار پیکسل سرد و گرم شامل ایجاد یک نقشه باینری از پیکسل های واجد شرایط که با استفاده از یک طبقه بندی کننده ساده مبتنی بر قانون شناسایی می شوند، و استفاده از الگوریتم جست وجوی جامع برای شناسایی پیکسل های گرم و سرد، مطابق با معیارهای تعریف شده است. برای برآورد ET با استفاده از روش های نام برده، از 6 تصویر ماهواره ای Landsat 8 در طول دوره کاشت محصول گندم زمستانه مزارع دانشگاه تهران واقع در محمدشهر کرج استفاده شد. ارزیابی روش های مذکور با استفاده از تبخیر و تعرق مرجع یونجه (ETr) با استفاده از روش FAO-Penman–Monteith به عنوان داده مرجع انجام شد.نتایج و بحث: RMSE سامانه EEFLUX، ابزار METRICTOOL، SEBAL و METRIC خودکار به ترتیب 2.45، 0.33، 0.39 و 2.76 به دست آمد. با توجه به نتایج محصول تبخیر و تعرق سامانه EEFLUX به رغم اختلاف عددی با دیگر روش ها همبستگی معناداری با آن ها داشت. مثلاً R2 بین ETa این سامانه و ابزار METRICTOOL 0.91 برآورد شد. نتیجه آن است که گرچه داده های این سامانه به دلیل استفاده از داده های هواشناسی جهانی CFSV2 در ایران برای مطالعات محلی از دقت کافی برخوردار نیستند، اما در مطالعات مناطق با وسعت بالا یا جهانی نتایج قابل قبولی به دست می دهند.  ابزار METRICTOOL و مدل METRIC خودکار بیشترین همبستگی (R2=0.99) و نزدیکی عددی را با یکدیگر داشتند و به ترتیب با RMSE 0.33 و 0.39 دقت بالاتری نسبت به مدل SEBAL خودکار دارند.نتیجه گیری: با توجه به نتایج عددی رویکرد انتخاب خودکار پیکسل سرد و گرم می تواند دقت مشابهی در مقایسه با ابزار METRICTOOL داشته باشد. بدین ترتیب رویکرد خودکار کارایی مدل را از نظر زمان و بازده افزایش و می تواند خطای انسانی در تخمین تبخیر و تعرق را برای کاربران جدید یا بی تجربه کاهش دهد و این مدل ها را در دسترس عموم کاربران قرار دهد. همچنین داده های EEFLUX می توانند در مطالعات با وسعت بالا برای اقدامات مدیریتی کارایی لازم را داشته باشند.